Antipartículas

Descubrimiento de la antipartícula del electrón

El positrón fue descubierto en 1933 por el físico Carl Anderson, mientras estudiaba las trazas que los rayos cósmicos dejaban en su cámara de niebla: se dio cuenta de que existían trayectorias casi iguales a las de los electrones, pero con una curvatura invertida. Después de varios experimentos, concluyó que la trayectoria debía ser de una partícula idéntica al electrón, pero con carga positiva. A esta nueva partícula la llamaron electrón positivo, o positrón.

Fig. 1: Traza de un positrón en una cámara de niebla.

¿Qué son las antipartículas?

Cada partícula en el universo tiene una antipartícula con la misma masa y espín, pero con carga eléctrica contraria. Existe una antipartícula para cada partícula subatómica, en el núcleo y la órbita de un átomo. Los protones, neutrones, neutrinos y electrones tienen antipartículas.

Las características de las antipartículas son similares a las de las partículas, solo que difieren en su carga. Las antipartículas pueden crearse mediante procesos de desintegración radiactiva en el átomo. También pueden interactuar con la materia, para dar lugar a un proceso de aniquilación.

Tabla 1: Partículas y antipartículas.

Características de las antipartículas

Las antipartículas y las partículas tienen la misma masa y energía en reposo; la única diferencia es su carga. La carga de un positrón es de \(1,6022 \cdot 10^{ -19}\,\, \mathrm{C}\), que es lo contrario de la carga de un electrón —que tiene un valor de \(-1,6022 \cdot 10 ^{-19}\,\,\mathrm{C}\)—. Lo mismo ocurre con los protones, que tienen una carga positiva para la materia normal y negativa para el antiprotón.

Tabla 2: Características de las antipartículas.

Aniquilación de partículas y antipartículas

Cuando la materia y la antimateria interactúan, ¡se destruyen mutuamente! Esta destrucción tiene tres características principales:

• Las masas de las partículas se destruyen.
• La destrucción convierte toda la masa de las partículas en energía.
• La energía se libera, en forma de fotones de alta energía.

Fig. 2: Aniquilación de antimateria-materia.

¿Cómo se crean los de pares de antimateria y materia?

Durante la creación de pares, la energía debe conservarse: un fotón tiene una determinada cantidad de energía (X), y la energía de las dos partículas generadas (Y y Z) debe ser igual a la energía total del fotón que las ha producido.

La conservación de la energía se expresa así:

\[\text{Energia del foton}=\text{Energia particula creada}+ \text{Energia antiparticula creada}\]

Para calcular la energía del impacto entre materia y antimateria, necesitamos obtener la energía total del fotón liberado durante la colisión. Esta energía es una relación entre la velocidad de la luz \(c\), la constante de Planck \(h\) y la longitud de onda del fotón \(\lambda\). La fórmula para calcularlo es la siguiente:

\[E=\dfrac{c\cdot h}{\lambda}\]

Veámoslo el siguiente ejemplo:

¿Para qué sirve la antimateria?

Ya vimos que la antimateria es toda aquella materia formada por antipartículas; pero, ¿para qué sirve? ¡Veamos algunos ejemplos!

• Cámaras PET, para el estudio de tejidos del cuerpo humano.
• Detectores de rayos gamma.
• Desarrollo de materiales pesados para construir trenes, automóviles, etc.
• Combustibles.

La antimateria se puede obtener durante procesos naturales, como las colisiones de rayos cósmicos o en algunos decaimientos radiactivos. También se pueden producir antipartículas en los aceleradores de partículas.